電験3種過去問【2020年機械 問1】

【直流機】直流他励電動機の制御《空所問題》

 次の文章は、直流他励電動機の制御に関する記述である。ただし、鉄心の磁気飽和と電機子反作用は無視でき、また、電機子抵抗による電圧降下は小さいものとする。 

  1. 他励電動機は、【(ア)】と【(イ)】を独立した電源で制御できる。磁束は【(ア)】に比例する。
  2. 磁束一定の条件で【(イ)】を増減すれば、【(イ)】に比例するトルクを制御できる。
  3. 磁束一定の条件で【(ウ)】を増減すれば、【(ウ)】に比例する回転数を制御できる。
  4. 【(ウ)】一定の条件で磁束を増減すれば、ほぼ磁束に反比例する回転数を制御できる。回転数の【(エ)】のために【(ア)】を弱める制御がある。

 このように広い速度範囲で速度とトルクを制御できるので、直流他励電動機は圧延機の駆動などに広く使われてきた。

上記の記述中の空白個所(ア)~(エ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。

  (ア) (イ) (ウ) (エ)
(1) 界磁電流 電機子電流 電機子電圧 上昇
(2) 電機子電流 界磁電流 電機子電圧 上昇
(3) 電機子電圧 電機子電流 界磁電流 低下
(4) 界磁電流 電機子電圧 電機子電流 低下
(5) 電機子電圧 電機子電流 界磁電流 上昇

 

解答と解説はこちら

解答 

(1)

解説

直流電動機の誘導起電力Eは、電機子電圧をV、電機子回路の抵抗をR、電機子電流をIa、磁束をφ、回転速度をNとすると次式で表せる。

 E=k1φN=V-RIa

∴N=(V-RIa)/(k1φ) …(1)

また、トルクTは電機子電流Iaと磁束φの積に比例し、次式で表すことができる。

 T=k2φIa …(2)

上記(1)、(2)は直流電動機の重要公式!!

 他励磁直流電動機の界磁磁束φは(ア)界磁電流に比例する。

 (2)式より、磁束φが一定の条件では、(イ)界磁電流Iaを増減すれば、界磁電流Iaに比例するトルクTを得られる。

 (1)式より、磁束φが一定の条件では、(ウ)電機子電圧Vを増減すれば、電機子電圧Vに比例する回転数Nを得られる。

 また、電機子電圧Vを一定として、磁束φを変化すれば、磁束φに反比例する回転数Nを得られる。このとき、(ア)界磁電流を弱めて、磁束φを減少させれば、回転数Nは(エ)上昇する。